隨著物聯網時代的到來，電子設備與人類的聯系越來越緊密。電子皮膚、納米發電機、腦機接口、植入式醫療設備等新概念電子設備可以在人體上或人體內部工作，需要具備佩戴舒適、超柔韌性、可生物降解和復雜變形下的穩定性等工作特性。然而，基于金屬和塑料襯底的傳統電子產品無法有效滿足這些新的應用需求。因此，一系列基于柔性多孔襯底（如紙、織物、靜電紡絲納米纖維、木材和彈性聚合物海綿）的先進電子設備正在開發中，憑借其卓越的生物相容性、透氣性、可變形性和堅固性來應對這些挑戰。這些襯底的多孔結構不僅可以提高器件性能，還可以實現新功能。但由于其種類繁多，選擇合適的多孔襯底對于為特定應用制備高性能電子產品至關重要。
近日，西安大略大學楊軍教授課題組在《Advanced Science》期刊上發表了題為“A New Class of Electronic Devices Based on Flexible Porous Substrates”的綜述文章，重點強調了柔性多孔襯底的多孔結構對電子器件性能提升的作用和為其帶來的新功能，系統的闡述了不同種類柔性多孔襯底的特性和其設計、制造和使用的基本原則。隨后，詳細總結了柔性多孔襯底的功能化方法和其優缺點。最后，列舉了不同種類柔性多孔襯底上電子器件的最新進展，并在此基礎上系統論述了其存在的挑戰和未來的發展方向。
1. 柔性多孔襯底材料
襯底材料在電子設備的整體性能中起著至關重要的作用。它們不僅提供機械支撐，還可以作為器件的功能部件。根據孔結構的不同，多孔襯底分為纖維基和非纖維基。纖維基多孔襯底由纖維原料組成，通常具有優異的抗疲勞性。非纖維基多孔襯底主要是指多孔彈性體，具有優異的拉伸性。
2. 柔性多孔襯底的功能化方法
常用的大多數多孔襯底是不導電材料。為了提高它們的導電性并在其上構建電子元件，需要在多孔襯底上涂覆或滲透導電材料。迄今為止，已經開發了多種功能化方法來將不同類型的導電材料集成到多孔襯底中。根據制造工藝的不同，功能化方法分為物理方法和化學方法。
3.基于柔性多孔襯底的電子器件
每種類型的柔性多孔襯底都有其獨特的性能，有助于創建具有不同功能的電子設備，以滿足各種應用需求。例如，紙張適用于制造一次性低成本電子設備。織物和電紡絲納米纖維對于制造可穿戴電子產品特別有用。天然材料可用于制備可生物相容、可食用、可生物降解、可植入電子產品。多孔彈性聚合物（如 PDMS 和 PU）通常被用于開發可拉伸電子設備和電子皮膚。根據不同的功能，多孔襯底上的電子器件可分為基本電子元件（即電路、電極、RFID標簽）、傳感器、能量存儲和轉換器件以及其他應用（例如執行器、HMI、生物醫學設備）。
該論文的作者為加拿大西安大略大學博士生張藝媛，張騰遠博士，黃占東博士和楊軍教授。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202105084
